KR20020039573A - 이차 전지의 집전체 - Google Patents

Abstract

이차전지의 집전체를 개시한다. 본 발명은 표면에 양극 활물질이나 음극 활물질이 각각 부착되어 양극판과 음극판을 각각 형성시키는 것으로, 그 전면에 걸쳐서 형성되는 개구공과, 활물질에 대한 결착력을 향상시키기 위하여 개구공 크기의 50％이하인 보조 개구공이 다수개 형성된 것을 포함한다.

Description

이차 전지의 집전체{Current collector for secondary battery}

본 발명은 이차전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 활물질의 결착력을 향상시키도록 집전체에 보조 개구공이 형성된 이차전지의 집전체에 관한 것이다.

통상적으로, 이차전지는 충전 및 방전이 가능한 전지이다. 이러한 이차전지중에서 리튬이차전지는 단위중량당 에너지밀도가 높다는 측면에서 널리 사용되고 있다. 리튬이차전지는 액체전해질을 사용하는 리튬이온전지와, 고분자전해질을 사용하는 리튬폴리머전지로 분류할 수 있다.

도 1은 이차전지중 리튬폴리머전지의 전지부(10)를 일부확대하여 도시한 것이다.

도면을 참조하면, 상기 전지부(10)는 양극판(11)과, 세퍼레이터(12)와, 음극판(13)이 순차적으로 여러장 적층되어 있다.

상기 양극판(11)은 양극 집전체(14)와, 상기 양극 집전체(14)의 표면에 형성되는 양극 활물질(15)로 이루어지고, 음극판(13)은 음극 집전체(17)와, 상기 음극 집전체(17)의 표면에 형성되는 음극 활물질(18)로 이루어진다.

상기 양극 집전체(14)는 박막의 알루미늄 호일로 되어 있고, 일변의 가장자리를 따라서, 양극 탭(16)이 인출되어 있다. 상기 음극 집전체(17)도 양극 집전체(14)의 경우처럼 박막의 구리 호일로 되어 있고, 음극 탭(19)이 인출되어 있다.

상기 양극 및 음극 집전체(14)(17)의 표면에는 그 전면에 걸쳐서 양극 및 음극 활물질(15)(18)의 결착력을 향상시키고, 양극 및 음극 활물질(15)(18)이 양면에 형성될 경우에는 전지의 작동중 이들이 전기적으로 연결이 가능하도록 다수개의 개구공(100)이 형성되어 있다. 상기 개구공(100)은 다양한 형상으로 제조가 가능하고, 도시된 바와 같이 상기 집전체(14)(17)를 관통하여 형성되어 있다. 이러한 개구공(100)은 그 크기나 형태에 따라 전지의 성능이 크게 달라질 수 있다.

즉, 전지의 충전 및 방전이 수행되는 동안이나, 급격한 부하가 걸렸을 경우에는 전지에 많은 열이 발생하게 되어 양극 및 음극 집전체(14)(17)와 그 표면에 부착되는 양극 및 음극 활물질(15)(18)간에 박리나 부풀어오르는 현상이 일어나 일부 활물질이 집전체로부터 이탈하게 되어 전지의 성능을 저하시키게 된다. 이는 집전체와 활물질이 서로 다른 물성을 가지고 있고, 상호 물리적으로 결합되어 있는데에 기인한다고 할 수 있다. 따라서, 집전체와 활물질간의 결착력을 향상시킬 수 있도록 많은 연구가 진행중이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 집전체에 별도의 보조 개구공을 형성시켜서 집전체와 활물질간의 결착력을 향상시키도록 구조가 개선된 이차전지의 집전체를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 전지부를 도시한 분리 사시도,

도 2는 본 발명의 일 예에 따른 이차전지를 도시한 분리 사시도,

도 3은 도 2의 집전체를 확대 도시한 사시도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명>

10,24...전지부11,21...양극판

12,22...세퍼레이터13,23...음극판

14,25...양극집전체15,26...양극활물질

16,29...양극탭17,27...음극집전체

18,28...음극활물질19,200...음극탭

20...이차전지30...집전체

31...개구공32...보조 개구공

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면에 따른 이차전지의 집전체는,

표면에 양극 활물질이나 음극 활물질이 각각 부착되어 양극판과 음극판을 각각 형성시키는 것으로,

그 전면에 걸쳐서 형성되는 개구공과, 상기 활물질에 대한 결착력을 향상시키기 위하여 상기 개구공보다 상대적으로 크기가 작은 보조 개구공이 다수개 형성된 것을 특징으로 한다.

나아가, 상기 보조 개구공은 상기 개구공 크기의 50％이하가 되도록 형성된 것을 특징으로 한다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 집전체를 상세하게 설명하고자 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지중 리튬폴리머전지(20)를 도시한 것이다.

도면을 참조하면, 상기 전지(20)는 양극판(21)과, 세퍼레이터(22)와, 음극판(23)이 순차적으로 적층된 전지부(24)를 포함한다.

상기 양극판(21)은 박막의 알루미늄 호일로 된 양극 집전체(25)와, 상기 집전체(25)의 적어도 일표면에 형성되는 양극 활물질(26)을 구비한다. 상기 양극 활물질(26)은 리튬 산화물을 주성분으로하고, 도전재, 가소제, 바인더등을 보조성분으로 함유하고 있는 일종의 슬러리이다.

상기 음극판(23)도 양극판(21)의 경우와 마찬가지로 박막의 구리 호일로 된 음극 집전체(27)와, 상기 음극 집전체(27)의 적어도 일표면에 형성되는 음극 활물질(28)을 구비하고 있다. 상기 음극 활물질(28)은 탄소재를 주성분으로 하고, 도전재, 가소제, 바인더등을 보조성분으로 함유하고 있다.

상기 양극 및 음극 집전체(25)(27)의 일 가장자리를 따라서는 양극 탭(29)과 음극 탭(200)이 각각 인출되어 있다. 상기 양극 및 음극 탭(29)(200)은 극판별로 집합된 상태에서 V자 형태로 구부려져 있고, 그 단부에는 양극 단자(210)와 음극 단자(220)가 각각 용접되어 있다.

상기 전지부(24)는 별도로 마련된 케이스(230)에 장착된다. 상기 케이스(230)는 파우치 형태를 이루고 있으며, 상부 케이스(240)와, 상기 상부 케이스(240)의 일변을 따라 접합되고 나머지 세 변은 상호 분리가능한 하부 케이스(250)로 되어 있다. 상기 하부 케이스(250)에는 상기 전지부(24)를 수용하기 위하여 공간부(251)가 형성되어 있다.

본 발명의 특징에 따르면, 상기 양극 및 음극 집전체(25)(27)에는 그 전면에 걸쳐서 개구공(31)과, 보조 개구공(32)이 형성된다.

보다 상세하게는 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명의 일 예에 따른 집전체(30)를 도시한 것이다.

도면을 참조하면, 상기 집전체(30)는 상술한 바와 같이 알루미늄이나 구리와 같은 전도성을 가진 금속재로 된 박막의 호일형태이다. 상기 집전체(30)의 표면에는 리튬계 산화물이나 탄소재와 같은 물질에다 가소제, 도전재, 바인더등이 함유된 활물질층이 도포된다.

상기 집전체(30)에는 다수개의 개구공(31)이 형성되어 있다. 상기 개구공(31)의 형성으로 인하여 활물질층으로부터 가소제가 취출될 수 있는 통로를 제공하고, 상기 집전체(30)의 양면에 부착되는 활물질층간의 이온 이동이 가능하다. 또한, 활물질층으로부터 집전체(30)로 전자의 집전이 가능하다.

이때, 상기 개구공(31)의 크기가 너무 작은 경우에는 활물질층에 함유된 가소제의 취출이 원할하게 이루어지지 않게 되고, 반대로 너무 크게 형성되는 경우에는 가소제의 취출력은 향상되지만 집전체(30)에 도포되는 활물질층에 대한 전기전도도가 저하될 수 있다.

여기서, 상기 집전체(30)에는 상기 개구공(31)보다 크기가 작은 보조 개구공(32)이 집전체(30)를 관통하여 형성되어 있다. 상기 보조 개구공(32)은 상기 개구공(31)보다 그 크기가 50％이하로 형성시키는 것이 바람직하다.

상기 보조 개구공(32)의 형성은 집전체(30)의 표면에 부착되는 활물질의 표면적을 확장시키게 되는 역할을 하게 된다. 이는, 상기 집전체(30)와, 활물질간의 계면에서의 접촉 면적이 넓어지게 따라 결착력의 향상을 가져오게 된다.

또한, 상기 보조 개구공(32)은 개구공(31)에 대비하여 크기를 달리하게 됨에 따라 상술한 개구공(31)이 클 경우에 발생될 수 있는 전기 전도도의 저하를 보완해줄 수 있고, 반대로 개구공(31)이 작을 경우에 발생될 수 있는 가소제의 취출을 보다 원할하게 해줄수 있다. 이는 집전체(30)에 형성되는 개구공의 개수가 많아지게 됨에 따라 개구율을 향상시킬 수 있기때문에 가능하다.

그리고, 상기 보조 개구공(32)은 집전체(30)와 활물질층과의 결착력을 향상시키기 위하여 다양한 형상으로 제조가 가능하다. 본 실시예에서는 원기둥의 중공 형상으로 형성되어 있지만, 삼각기둥이나 사각기둥과 같은 다각기둥의 중공 형상으로도 제조가 가능하다고 할 수 있을 것이다. 또한, 상기 보조 개구공(32)은 상기 개구공(31)이 집전체(30)에 형성시 그 사이의 영역에 상기 개구공(31)보다 작은 크기를 가지고 형성시키는 것이 제조공정상 용이하다고 할 수 있다.

상기와 같은 구조를 가지는 집전체(30)를 제조하는 과정은 개구공을 형성시키는 방식에 따라 여러가지로 분류할 수 있다.

즉, 상기 집전체(30)에 상기 개구공(31)과, 보조 개구공(32)을 프레스 가공으로 펀칭을 통하여 형성시키는 방식인 펀치드 메탈(punched metal)형이나, 집전체(30)에 노치부를 형성시키고 이를 양 방향으로 인장하여 상기 개구공(31)(32)을 형성시키는 방식인 익스펜디드 메탈(expended metal)형이나, 집전체(30)에 감광성 필름이나 잉크를 도포하고 에칭하여 개구공(31)(32)을 형성시키는 방식인 에치드 메탈(etched metal)형등이 있다.

이러한 방식에 의하여 집전체(30)에 개구공(31) 및 보조 개구공(32)을 형성시키고, 그 표면에 활물질층을 형성시키게 되면 양극판(21) 내지 음극판(23)을 제조하는 것이 가능하다.

상기한 방식으로 제조된 양극판(21)과 음극판(23)은 세퍼레이터(22)를 사이에 두고 라미네이팅한 다음, 소망하는 크기로 절단하여 전지부(24)를 제조하여 케이스(230)에 실장하면 하나의 전지가 완성된다.

이상의 설명에서와 같이 본 발명의 이차전지의 집전체는 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

집전체에 형성되는 개구공보다 상대적으로 작은 크기를 가지는 보조 개구공을 다수개 형성시킴으로써, 전지의 충전 및 방전중이나 과도한 부하가 걸렸을 경우에 집전체와 활물질층과의 경계면에서 박리나 부푸는 현상으로 인한 활물질층의 집전체로부터 이탈 현상을 방지할 수 있도록 집전체에 대한 활물질층의 접착 면적을 넓히게 된다. 이에 따라, 집전체에 대한 활물질층의 결착력이 향상되어 전지 성능의 신뢰성을 가져올 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (2)

1. 표면에 양극 활물질이나 음극 활물질이 각각 부착되어 양극판과 음극판을 각각 형성시키는 것으로,

   그 전면에 걸쳐서 형성되는 개구공과, 상기 활물질에 대한 결착력을 향상시키기 위하여 상기 개구공보다 상대적으로 크기가 작은 보조 개구공이 다수개 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지의 집전체.
2. 제1항에 있어서,

   상기 보조 개구공은 상기 개구공 크기의 50％이하가 되도록 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지의 집전체.